¿Cuáles Son los Principales Tipos de Energía?

¿Qué es Energía?

La Energía es una propiedad física que puede definirse como la capacidad de realizar un trabajo: hacer cosas. Por ejemplo, el viento tiene energía porque puede empujar un velero, y una cascada tiene energía porque puede hacer girar una rueda hidráulica.

La energía se mide en julios (J), al igual que la distancia se mide en pies o metros. Sin embargo, se pueden utilizar otras unidades de energía en función de la aplicación.

●     La energía eléctrica que consumen los hogares y las empresas se mide normalmente en kilovatios-hora (1 kWh = 3,600,000 julios)

●     La energía térmica liberada por un horno o eliminada por un acondicionador de aire se mide en unidades térmicas británicas (1 BTU = 1,055 julios).

Hay muchos tipos de energía, y se puede convertir de un tipo a otro. Tu estufa convierte la energía química del gas natural en energía térmica para cocinar, y un panel solar convierte la energía radiante del sol en electricidad. Sin embargo, todas las formas de energía pueden clasificarse en dos grandes categorías: potencial y cinética.

●     La energía potencial puede describirse como “energía almacenada”. Un muelle comprimido, un depósito de agua elevado y una batería cargada contienen energía potencial.

●     La energía cinética puede describirse como “energía en movimiento”. Puede referirse al movimiento de objetos y sustancias visibles, pero también al movimiento de ondas invisibles y partículas microscópicas como átomos y moléculas.

La Administración de Información Energética de Estados Unidos ofrece una clasificación de los principales tipos de energía:

A continuación, ofreceremos una definición sencilla de cada forma de energía, a la vez que discutiremos sus aplicaciones más comunes en el mundo real.

Energía Química (Potencial)

Los átomos que componen las sustancias se mantienen unidos mediante enlaces químicos, que contienen energía. Existen tres tipos de enlaces químicos:

• Iónico, el tipo de enlace que se forma entre átomos metálicos y no metálicos.
• Metálico, el tipo de enlace entre átomos metálicos.
• Covalente, el tipo de enlace entre átomos no metálicos.

Cuando se rompen los enlaces químicos entre átomos, se libera la energía que contienen. Los combustibles fósiles son un ejemplo cotidiano: el petróleo, el gas y el carbón se queman para liberar su energía química en forma de calor. Este calor se utiliza directamente para la calefacción y los procesos industriales, se convierte en movimiento en los vehículos o se transforma en electricidad en las turbinas de las centrales eléctricas. La energía química también se utiliza cuando la madera arde en una chimenea.

El cuerpo humano también utiliza energía química, rompiendo constantemente los enlaces entre los átomos que componen los alimentos. Las células del cuerpo están constantemente descomponiendo los carbohidratos en azúcar, que es su principal fuente de energía.

Energía Gravitatoria (Potencial)

El concepto de energía gravitatoria puede resultar confuso al principio, cuando se toman cursos de física elemental. Todos los objetos pueden caer potencialmente debido a la gravedad de la Tierra, y esto significa que contienen energía simplemente por su posición con respecto al planeta. La energía gravitacional no se puede observar directamente, pero sus efectos son visibles cuando un objeto se acelera debido a la gravedad.

Esto es evidente cuando se conduce cuesta abajo. El coche se acelera debido a la energía gravitatoria y hay que recurrir a los frenos para controlar la velocidad.

• En este ejemplo, la energía gravitatoria se convierte en energía cinética (movimiento).
• Los frenos disipan la energía del movimiento en forma de calor, reduciendo la velocidad del coche.

Las centrales hidroeléctricas se basan en la energía gravitatoria que contiene el agua cuando se desplaza desde las alturas hasta el nivel del mar. Las turbinas hidráulicas giran extrayendo la energía del agua en movimiento y accionan generadores eléctricos. En este caso, la energía gravitacional se convierte primero en energía de movimiento y luego en energía eléctrica.

La energía gravitatoria depende de dos variables principales: la masa de un objeto y su altura sobre el suelo. Un objeto de 10 kg situado a 5 m del suelo contiene el doble de energía gravitatoria que un objeto de 5 kg a la misma altura. Sin embargo, un objeto de 10 kg situado a 10 m del suelo contiene el doble de energía gravitatoria que el objeto de 10 kg situado a 5 m.

Energía Mecánica (Potencial)

La energía mecánica puede describirse como la energía almacenada por la materia cuando se estira (tensión) o se comprime. Por ejemplo, las gomas de un tirachinas acumulan energía mecánica cuando se estiran, y ésta se convierte en energía de movimiento cuando se lanza una piedra. Un muelle puede acumular energía mecánica tanto al estirarse como al comprimirse, y siempre empujará en la dirección opuesta.

En general, la energía mecánica se almacena cuando un objeto se deforma con respecto a su forma original. El objeto ejerce una fuerza que se opone a la deformación.

Energía Nuclear (Potencial)

La energía nuclear está contenida en los enlaces entre las partículas que componen el núcleo de un átomo: protones y neutrones. La energía nuclear no debe confundirse con la energía química, que está contenida en los enlaces entre diferentes átomos. En otras palabras:

• La energía química se libera al romper los enlaces entre diferentes átomos.
• La energía nuclear se libera al romper los núcleos de los átomos individuales.

Cuando se utiliza la energía química, los átomos en sí no cambian. Por ejemplo, el metano está compuesto por átomos de carbono e hidrógeno (CH4), que pueden arder en presencia de oxígeno (O2). La reacción produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2): las sustancias cambian, pero no los átomos individuales (carbono, hidrógeno y oxígeno). Por otro lado, una reacción nuclear cambia la identidad de un átomo, ya que hay un cambio en el número de protones y neutrones.

Hay dos tipos de reacción nuclear: la fisión se produce cuando el núcleo de un átomo se divide en elementos más ligeros, mientras que la fusión se produce cuando los núcleos se fusionan. Las centrales nucleares utilizan la fisión, y el uranio es el elemento más utilizado. El sol puede describirse como una reacción de fusión gigante, en la que los átomos de hidrógeno se fusionan en elementos más pesados.

Energía Eléctrica (Cinética)

La energía eléctrica es transportada por el movimiento de los electrones, las partículas con carga negativa que rodean el núcleo de un átomo. En el caso de los metales, estos electrones no están fuertemente ligados al núcleo, y pueden moverse fácilmente de un átomo a otro creando corriente eléctrica.

• Los conductores eléctricos suelen estar hechos de metales como el cobre y el aluminio.
• El grafito es el único no metal capaz de conducir la electricidad.

La energía eléctrica tiene un papel muy importante en la sociedad moderna. Las redes eléctricas no son perfectas, pero proporcionan el método más rápido y eficaz para suministrar grandes cantidades de energía a través de largas distancias. Transportar megavatios de electricidad con líneas eléctricas es mucho más eficiente que transportar combustibles fósiles y otras fuentes de energía por camión.

Energía de Movimiento (Cinética)

Este tipo de energía cinética es transportada por objetos de todos los tamaños cuando están en movimiento. Los objetos absorben energía al acelerar y liberan energía al frenar. La energía de movimiento que transporta un objeto tiene una relación cuadrática con la velocidad: cuando tu coche dobla su velocidad de 30 a 60 mph, su energía cinética se multiplica por cuatro.

• La energía del movimiento puede ser lineal o rotativa, dependiendo de cómo se mueva un objeto.
• Un objeto que se desplaza girando tiene energía cinética tanto lineal como rotativa.

La energía eólica es una aplicación común de la energía del movimiento. Los aerogeneradores son capaces de extraer energía del aire en movimiento, que se convierte en movimiento de rotación y se utiliza para accionar un generador eléctrico.

Energía Radiante (Cinética)

La energía radiante es la que transportan las ondas electromagnéticas. La luz es una forma de energía radiante: la parte del espectro de ondas electromagnéticas que puede ser vista por los ojos humanos. La energía radiante también incluye las ondas que no podemos ver, entre ellas

• Las ondas de radio
• Microondas
• La luz infrarroja
• La luz ultravioleta
• Rayos X
• Rayos gamma.

La energía radiante tiene aplicaciones en múltiples industrias, como las telecomunicaciones y la medicina. Los paneles solares fotovoltaicos generan electricidad utilizando la energía radiante gratuita que proporciona el sol.

Energía Sonido (Cinética)

Las ondas sonoras transportan energía a través de los objetos y las sustancias fluidas, y las que tienen una frecuencia entre 20 y 20,000 Hertz pueden ser oídas por el ser humano. Las ondas sonoras se producen cuando un objeto está expuesto a una fuerza que provoca una vibración. El sonido es una onda longitudinal, lo que significa que el medio de transmisión se expande y contrae constantemente en la dirección en que se mueve la onda.

El sonido es fundamental para la comunicación. Sin embargo, utilizar las ondas sonoras para transmitir grandes cantidades de energía no es viable.

Energía Térmica (Cinética)

La energía térmica también se conoce como calor. Se puede añadir energía térmica a una habitación para aumentar su temperatura (calefacción), o se puede eliminar para bajar la temperatura (aire acondicionado). La manipulación de la energía térmica es muy importante en las casas y edificios, para mantener una temperatura adecuada para la ocupación humana.

El calor también se libera como producto de desecho durante los procesos de conversión de energía. Por ejemplo, las centrales eléctricas sólo convierten en electricidad alrededor del 30-60% de la energía química de los combustibles fósiles, y el resto se convierte en calor. Sin embargo, algunos procesos industriales pueden utilizar el calor residual de la generación de energía.